不同工況條件下玻璃鋼夾砂管的受力特點(diǎn)分析

梁寅

摘要：玻璃鋼夾砂管作為一種新興的道路建設(shè)材料，關(guān)于其設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范還不完善。本文通過對(duì)不同工況下的玻璃鋼夾砂管進(jìn)行環(huán)向及軸向的受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，得出其受力特點(diǎn)以及應(yīng)變變化規(guī)律。結(jié)果顯示：玻璃鋼夾砂管在環(huán)向和軸向上的應(yīng)變隨載荷的增加而逐漸增加，其中，環(huán)向的最大拉應(yīng)力不超過0.98MPa，軸向的最大拉應(yīng)力不超過 0.49MPa，均小于玻璃鋼夾砂管的抗壓強(qiáng)度，證明玻璃鋼夾砂管在道路建設(shè)中能夠起到很好的承擔(dān)載荷的效果。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼夾砂管；載荷；受力特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TU755文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 緒論

玻璃鋼夾砂管作為一種柔性復(fù)合管材，主要是由玻璃纖維增強(qiáng)材料、石英砂填充材料以及樹脂等，利用定長纏繞的工藝制備的新型材料。具有材質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、運(yùn)輸方便、易施工以及性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于給水排水、電力系統(tǒng)、石油管道、農(nóng)業(yè)澆灌等領(lǐng)域中，但是在道路建設(shè)上的應(yīng)用還在發(fā)展階段[1，2]。由于道路使用過程中會(huì)承受重型車輛的載荷作用，要求道路結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足力學(xué)強(qiáng)度的要求。但是由于公路路基結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，很難得出可靠的力學(xué)模型。因此對(duì)玻璃鋼夾砂管在不同工況下進(jìn)行受力分析，能夠?yàn)楝F(xiàn)有的管道工程提供技術(shù)指導(dǎo)和理論依據(jù)。[3]

本文使用車輛加載的方式，測(cè)試和分析不同工況下玻璃鋼夾砂管在環(huán)向以及軸向上的應(yīng)變以及受力特點(diǎn)。判斷其能否在載荷作用下不破壞，為玻璃鋼夾砂管的使用和施工提供依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

玻璃夾砂管的內(nèi)徑為1.5m，其壁厚為0.05m，管長15m。每個(gè)管體使用承插式的連接方式并用橡膠圈進(jìn)行密封。

使用WAW1000型萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)玻璃鋼夾砂管進(jìn)行環(huán)向和軸向的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，加載速度為3mm/min。采用BX12080AA型應(yīng)變采集儀檢測(cè)最大應(yīng)力值。應(yīng)變測(cè)試位置為距離管口6m的截面處，實(shí)驗(yàn)共采集了12個(gè)測(cè)試點(diǎn)，圖1為應(yīng)變測(cè)試點(diǎn)的排布圖。

3 結(jié)果與分析

環(huán)向受力特點(diǎn)分析。圖3、4為不同工況下，玻璃鋼夾砂管測(cè)試截面上各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)變與載荷的關(guān)系。

根據(jù)圖3、4，兩種工況下玻璃鋼夾砂管的環(huán)向應(yīng)變隨著載荷的增長有逐漸變大的趨勢(shì)，其中，工況2的應(yīng)變變化比工況1更明顯。各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)變量不超過100με，最大應(yīng)力低于0.89MPa，而管壁的抗壓強(qiáng)度為49.93MPa，根據(jù)這個(gè)結(jié)果可以得出車輛的載荷對(duì)道路內(nèi)的玻璃鋼夾砂管的作用很小。其中涉及的原因主要有兩個(gè)方面。首先，工程上要求道路施工時(shí)實(shí)測(cè)的道路路基的土體壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到97%，并且在道路投入使用后，路基的土體由于時(shí)間的流逝逐漸板結(jié)，形成了“拱效應(yīng)”，這種效應(yīng)會(huì)增加道路的抗壓能力；其次，道路設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，來預(yù)測(cè)道路理論上能夠承受的載荷，以提高其抵抗加載變性的能力，當(dāng)有載荷出現(xiàn)時(shí)，首先承受載荷的是路面結(jié)構(gòu)層，然后再層層遞減的傳至玻璃鋼夾砂管上，此時(shí)管體所受的作用力變小。因此，玻璃鋼夾砂管能夠抵抗很大的載荷而不破壞。

4 結(jié)論

利用車輛加載的方式，對(duì)道路中的玻璃鋼夾砂管施加4個(gè)量級(jí)的載荷，研究玻璃鋼夾砂管在兩種工況下的環(huán)向和軸向的受力特點(diǎn)，得出其環(huán)向及軸向應(yīng)變隨載荷的增加而逐漸增加，其中環(huán)向的最大拉應(yīng)力不超過0.98MPa，小于玻璃鋼夾砂管的抗壓強(qiáng)度，這種結(jié)果說明載荷對(duì)玻璃鋼夾砂管環(huán)向上的變形作用較小。

參考文獻(xiàn)：

[1]林立，史艷華，梁平，等.玻璃鋼夾砂管的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].當(dāng)代化工，2009，5：515518.

[2]楊建明，時(shí)強(qiáng)，潘多軍，等.玻璃鋼夾砂管道穿越國道和高速公路的工程實(shí)踐[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2014，8：7274.

[3]李新亮，李素貞，申永剛，等.交通載荷作用下埋地管道應(yīng)力分析與現(xiàn)場測(cè)試[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，48（11）：19761982.